白菜官网李文均教授团队在谜古菌的潜在共生宿主研究中取得重要进展

DPANN超门古菌是古菌生命树上重要的一个支系，由于其微小的基因组和有限的代谢功能而引起学者们的关注。谜古菌门（Candidatus Aenigmarchaeota）是DPANN超门古菌最早发现的门类之一，具有极小的基因组，且在系统发育树上位于DPANN超门古菌较接近根部的位置，具有重要的研究意义。然而，由于缺乏足够数量和多样性的谜古菌代表基因组，目前尚未有专门针对谜古菌门的研究报道，少数有关谜古菌门的研究仅揭示了其部分代谢功能。而对于谜古菌门的全球环境分布、其它生境中的谜古菌的代谢潜能、不同生境之间的基因组差异、谜古菌是否具有宿主、谜古菌与宿主之间的相互作用等方面的问题，还未曾有学者进行过深入的研究。

图一 云南热泉中重构的谜古菌基因组的系统发育分析

（a）云南热泉采样点；（b）谜古菌在不同样点中的相对丰度；（c）基于16个核糖体蛋白构建的系统发育树。

李文均教授团队以中国云南腾冲热泉作为研究样点，基于宏基因组学重构了8个高质量的谜古菌基因组（图一）。结合公共数据库中其他谜古菌基因组的数据，揭示了谜古菌所具有的代谢潜能。且使用比较基因组学分析手段，深入研究了不同生境中的谜古菌的基因组特征差异和代谢潜能差异。此外，基于水平基因转移（HGT）事件推测结果，揭示了谜古菌遗传多样性获得的主要来源及其获得的功能。最后，结合共现网络分析与近期水平基因转移（rHGT）分析，推测了谜古菌的潜在共生宿主，并提出了谜古菌与宿主之间交互作用的模式。结果显示：（1）谜古菌是一类在全球广泛分布，营厌氧共生生活方式的古菌。谜古菌普遍缺乏一些基础的代谢通路（图二），但在热泉中的谜古菌可能具有完整的糖酵解通路和新的糖酵解备选途径。同时，热生境中的谜古菌还具有更丰富的与多糖降解相关基因和更多种的热适应策略（图三）。（2）主要来自广古菌门和TACK超门的水平转移基因使得谜古菌获得了抵御热胁迫、氧化胁迫和病毒侵染的能力（图四）。（3）属于谜古菌的GMQ_1 bin 18-1的OTU与属于火棒菌属（Pyrobaculum）的GMQ_1 bin 7的OTU具有显著的共现性关系（图五），且在GMQ_1 bin 18-1和GMQ_1 bin 7之间发生着近期水平基因转移事件。火棒菌属作为谜古菌的潜在宿主，可能为谜古菌提供其生长必须且无法自身合成的代谢物质，而谜古菌则可以为帮助宿主抵御病毒（图六）。

图二 三种生境谜古菌的代谢通路

图三 核心代谢途径相关基因在谜古菌中的有无

图四 三种生境的谜古菌中检测到的水平基因转移

（a）三种生境的谜古菌的水平基因转移比例；（b）谜古菌中水平转移基因个数与基因个数的相关分析；（c）谜古菌中水平基因转移的主要来源。

图五 谜古菌与群落中其他微生物的共现网络分析

（a）所有热泉样本中微生物代表OTU的共现网络；（b）包含谜古菌的子网络；（c）不同样点中GMQ_1 bin 18-1和GMQ_1 bin 7的代表OTU的相关分析。

图六 谜古菌与其潜在宿主的交互作用模式图

近日，该研究成果“Deciphering symbiotic interactions of ‘Candidatus Aenigmarchaeota’ with inferred horizontal gene transfers and co-occurrence networks”发表在mSystems学术期刊上。白菜官网博士生李昱娴和饶阳之为本论文的共同第一作者，李文均教授和中国科学技术大学花正双特任研究员为共同通讯作者。白菜官网博士生戚雁玲、屈燕妮，博士后焦建宇，中国地质大学（武汉）蒋宏忱教授，内华达大学拉斯维加斯分校Brian P. Hedlund教授，华南师范大学束文圣教授为本文的共同作者。该研究得到了国家自然科学基金（No. 91951205和No. 91751206）、广东省自然科学基金研究团队项目（No. 2016A030312003）、广州市民生科技计划（No. 201803030030）等项目的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1128/mSystems.00606-21

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